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1、2007 年 5 月Water Conservancy Science and T echnology and EconomyMay, 2007用粘土灌浆处理土坝与涵管交界面集中渗漏的研究狄 娟1 , 牟金玲1, 常立峰2( 1. 黑河市爱辉区水务局, 黑龙江 黑河 164300; 2. 黑龙江省水利水电勘测设计研究院, 哈尔滨 150080) 摘 要 阐述了坝基涵管破坏、渗漏原因及处理方法、粘土灌浆设计与施工措施。经方案比较采用粘土灌浆来封闭涵管与土坝交界面中的溶洞和裂缝, 本方案确保了坝体与涵管交界面紧密 结合, 阻止集中渗流和接触面的冲刷, 确保了大坝安全运行。 关键词 集中渗透; 处理
2、方案; 灌浆设备; 粘土灌浆; 灌浆效果 中图分类号 TV5 文献标识码 B文章编号 1006- 7175(2007)05- 0342- 01埋设在水库坝下的输水工程, 常因地质条件不好或因混凝土施工质量问题, 产生空洞裂缝较多, 使涵管外界与 土坝之间形成渗水通道。这些问题轻则使工程不能正常运 用, 重则危及大坝安全。以往处理时, 多以挖出旧管, 重新 修建输水涵管。但是这样施工工程量大、工期长、费用多。 针对石头人水库工期紧迫情况, 对土坝与输水涵管接触面 的集中渗流问题, 采用粘土灌浆办法处理, 取得了明显效 果, 有效地控制了集中渗流危害, 节省了修复工程量和投 资, 保证了枢纽工程的
3、安全。为小型水利水电工程类似的 质量事故, 提供了可行的处理方法。1.2处理方案的选定根据涵管出现的问题, 曾采用环氧树脂补强, 但因该涵管漏水地方甚多, 管径又小, 施工操作不便, 环氧材料不易粘结, 虽然堵住了一些明显漏洞, 但 1974 年蓄水后, 涵 管内仍然多处漏水, 并发现有新的漏水带泥点出现, 这说 明险情还在恶化, 若不及时采取更有效的措施, 时间长了, 土坝与涵管交界面必然产生更加严重的冲蚀, 甚至淘空导 致坝体坍塌, 造成溃坝事故。在查清和分析了涵管出现问 题原因之后, 拟定了“挖出旧管, 重新修建输水涵管。重新 回填”和“粘土灌浆”两种处理方案。经方案比较, 决定采用粘土
4、灌浆来封闭涵管与土坝交 界面中的溶洞和裂缝, 只要能确保坝体与涵管表面紧密结 合, 完全可以防止集中渗流和接触面的冲刷。1输水涵管破坏的原因及处理方案的选定输水涵管破坏的原因石 头 人 水 库 是 1961 年 冬 季 动 工 兴 建 的 小 型 水 库 ,1.122.1粘土灌浆设计与施工灌浆孔布置经实地测量, 证实了挟泥水流溢出点和涵管管身断裂1962 年基本完成。主坝为粘土心墙坝, 坝高 10.0 m, 兴利库容为 60104 m3。输水涵管管径为 1.0 m, 壁厚为 0.4 m 现浇钢筋混凝土圆管, 涵管基础置于坝基变质砂岩及强化 风化花岗闪长岩交接带。由于涵管坐落在变形模量差异较 大
5、的两种岩体上, 产生了不均匀沉陷, 致使管身断裂。坝体 渗水通过裂缝流进管内, 渗径缩短, 在土坝与管壁交界面 形成了集中渗流, 造成接触冲刷, 截水环也丧失了拦阻水 流增加渗径的作用。水流挟带着泥土顺管道薄弱环节( 如 孔 洞 、裂 缝 、露 筋 等) 流 入 管 内 , 并 随 管 内 水 流 排 出 坝 外 。1970 年春季开闸放水, 发现管内有浑水流出, 以后每次放 水 , 均 有 此 种 现 象 , 且 浑 浊 度 越 来 越 大 , 泥 水 流 程 越 来 越 长。1973 年汛期末, 进管检查发现漏水带泥 10 余处( 严重 7 处) , 孔洞 3 余处, 严重漏筋 1 处,
6、横向裂缝 2 处( 最大缝宽 6 mm) 共计 15 余处, 总渗漏水量 0.08 m3/s, 涵管破坏极为严 重, 工程处理势在必行。位置均位于大坝心墙中心线上游。由于靠近上游部位坝体浸润线较高, 因此只有在上游面布孔灌浆, 才能使浆液有 效地充填管壁与土坝交界面的孔隙, 起到防渗作用。再者, 根据管道纵坡方向和重力原理, 灌浆孔也宜自下向上游布 置, 并按此顺序进行施工, 先封闭下游渗流通道, 堵塞以后 各孔所灌浆液流出坝外, 其灌注质量也得到保证。按上述 原理, 以现有灌浆设备影响半径为依据, 选取孔距 34 m 向上游沿管顶和管侧布孔。2.2 灌浆压力控制压力大小是灌浆成败的关键。压力
7、过大, 可导致坝体 劈裂, 人为造成裂缝, 压力过小, 则浆液难以灌进小裂缝, 起不了填充作用。采用以填补管壁与坝体孔隙为主的低压下转第 344 页)( 收稿日期 2007- 03- 26 作者简介 狄 娟( 1969- ) , 女, 黑龙江黑河人, 工程师; 牟金玲( 1968- ) , 女, 黑龙江黑河人, 工程师; 常立峰( 1974- ) , 男, 黑龙江绥化人,工程师.- 342 -第 13 卷第 5 期2007 年 5 月水 利 科 技 与 经 济Water Conservancy Science and T echnology and EconomyVol.13 No.5May,
8、 2007下流有水文站, 且流量系列在 10 a 以上。2.4河床宽度计算比降大含泥沙多的河道上修筑的拦河坝, 应该满足河( 3) 穿带, 在拦河坝的背水坡穿 3 条带, 用钢筋笼装块石和碎石, 在坝后开口为 1.5 m, 底宽为 1 m, 深 1 m 的沟, 把钢筋笼下在里面。再放上碎石和块石, 这样横向穿 3 条 带, 就会使拦河坝稳固。3.2 滑坡和冲刷拦河坝下游发生冲刷现象的原因是多方面的: ( 1) 有设计不当造成的。( 2) 由于施工和运用管理不善造成的。( 3) 上游产生淤积使水头抬高, 加大水流落差, 也可使 海漫冲毁, 导致堆石坝的毁坏。因此, 要保证堆石坝的安 全, 防治河
9、床的冲刷, 一般采取两方面的措施: 消能, 消 能就是要在坝后延长海漫或进行挑流处理; 修建一块石 棱形体, 在坝脚用块石碎石和砂子修一顶宽 1 m、底宽 1 m, 在里面填 20 cm 砂、20 cm 碎石、60 cm 块石。从而使坝脚 稳定, 防止冲刷和滑坡。床稳定宽度的要求,下式计算为该宽度可作为拦河坝的长度控制, 按0.5B=A Q0.2i式中 Q 为造床流量, m3/s; i 为河床比降; A 为系数。系数 A 的选用范围见表 1。表 1系数 A 的选用范围下游项目山区半山区中游矿土黏土河底易冲刷, 河岸坚实0.750.91.01.11.3河底易冲刷, 河岸易冲刷0.91.01.11
10、.31.72.5进水闸底高程与坝顶高程的校核进水闸底的高程是由灌区的规划确定, 一般进水闸的 设计水位与坝顶高程相平, 如果灌区引水流量小于河道枯 水流量, 坝顶高程应为设计水位减去溢流水深。如果拦河 坝下游坝坡很缓时, 跌差又较大, 可采用消能的计算方法, 当下游坝坡较缓, 跌差又小, 可用溢流坝的消能计算方法 来确定消力池的尺寸。3对拦河坝存在的几种情况的处理 措施3.1对渗漏的处理( 1) 在渠首堆石坝底部铺防渗布, 从堆石坝的迎水面 开始, 前端埋入堆石坝前的泥土里, 在坝体的前端挖一条 一尺深的齿槽, 将防渗布的前端埋入, 展开后铺到坝下。( 2) 在堆石坝的前面投放一种铺在水下的细
11、粉砂, 这 种细粉砂, 可起反滤层作用, 从而保证堆石坝的安全。3.3河改道河改道的主要原因是上游行洪断面狭窄, 使洪水在石坝上产生壅高, 造成水位上涨, 再加之河两岸高程不够, 造成漫滩, 之后从河岸的薄弱环节拉沟, 绕过拦河坝, 从拦河 坝的两侧流过, 这种现象的治理措施: 加高河岸高程, 并 做好护坡和护岸, 特别是坝头要护好; 测算稳定河床宽 度, 把拦河坝加长, 以保证泄洪断面。3.4 滚坝和冻胀滚坝的原因就是坝顶的块石不稳定, 解决的办法是用 钢筋笼将坝顶块石固定, 钢筋笼最好穿带。冻胀的处理办法是多上一些砂子, 减小冻胀系数, 结 合钢筋笼, 控制块石的凸起。参考文献 1 SL3
12、39- 2006, 水库水文泥沙观测规范 S .!( 上接第 342 页)灌浆, 故先让其自流, 然后再施加 0.51.2 kg/cm 的压力,使之灌注更加密实。由 土 料 场 运 来 粘 土 , 先 经 人 工 用 木 锤 锤 成 粉 末 状 , 用10 mm10 mm 铁丝筛筛分一次, 再经人工第二次锤粉, 过2.3灌浆设备及布置( 1) 钻孔灌浆设备: 采用 KD100 型钻机作为灌浆钻孔5 mm5 mm 筛分一次,秤重按一定水土比倒入泥浆拌和机捣拌, 历时 5080 s(视浆液拌合状况而定), 将浆液倒入蓄浆池过滤, 经灰浆泵对已钻好的钻孔灌浆。在灌浆之前, 先处理好管内明显隐患, 使
13、灌进泥浆不 至流出。开始用水土比 2: 1 稀浆初灌, 待吃浆速度减缓后, 改用 1.2: 1 稠浆终灌。因为稀浆流动性强, 可灌性好, 扩散 范围大, 能先填充较小孔隙及裂缝; 而稠浆对一些较大的 孔洞能灌得更密实。但也要随时注意各钻孔情况, 适当调整浆液水土比值。机械, HB63 型灰浆泵及 JA- 0.5/7 型空气压缩机为灌浆机械, 另配同类型泥浆拌和机及 50 mm 输浆橡皮胶管 若干米。( 2) 其 它 设 备 : 自 制 小 木 锤 10 把 , 10 mm10 mm 和5 mm5 mm 铁丝筛各一支, 自砌 5 m3 水池和 2 m3 蓄浆池 一个, 平口扒和四齿扒各 4 把。( 3) 布置: 钻孔设备随布孔位置而移动, 每一钻孔处修 一工作平台, 以利钻机安放和操作, 灌浆设备布置在坝顶。2.4浆液浓度配制及施工根据施工现场土料, 选取粘粒多, 粗粒少的黄粘土作原 料, 其级配是粒径 0.005 mm 占 45% , 粒径 0.0050.05 mm 占 32% , 粒径 0.052 mm 占 21.5% , 有机质含量1.5% 。- 344 - 参考文献 1 陈锡源. 放水涵管水中灌浆封堵加固处理方法 J . 水利科技与经济, 2005, 11( 1) : 48- 49.